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Die Erfindung betrifft eine Hubvorrichtung für wenigstens ein Werkzeug, insbesondere für ein oder mehrere Unterwerkzeuge einer Tiefzieh- oder Schalensiegelmaschine, mit einem Ständerwerk, wenigstens einer hubbeweglich im Ständerwerk gehaltenen Werkzeugaufnahme sowie wenigstens einem zwischen dem Ständerwerk und der Werkzeugaufnahme angeordneten Hubantrieb, wobei das Ständerwerk und die Werkzeugaufnahme über wenigstens ein Kniehebelgestänge hubbeweglich miteinander verbunden sind, und der Hubantrieb einen an wenigstens zwei Kniehebeln des Kniehebelgestänges angreifenden Kurbeltrieb aufweist.
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Die Erfindung geht dabei im Besonderen von Hubvorrichtungen für die Werkzeuge von Tiefzieh- oder Schalensiegelmaschinen aus, die dazu geeignet sind, verderbliche Erzeugnisse, insbesondere Lebensmittel aufnehmende Kunststoffschalen unter Schutzatmosphäre mit Kunststofffolie zu versiegeln. Das Kniehebelgestänge nutzt den sogenannten Kniehebel-Effekt, nach welchem es bei vollständig gestrecktem Knie in der Lage ist, durch Tiefzieh- oder Siegelprozesse in die Werkzeugaufnahme eingeleitete Arbeitsdrücke am Hubantrieb vorbei direkt in das Ständerwerk abzuleiten. Auf diese Weise braucht der Hubantrieb lediglich für eine Lastkennlinie ausgelegt zu werden, welche eine Hubbewegung der Werkzeugaufnahme unter Ausschluss etwaiger Arbeitsdrücke beschreibt. Auf leistungsstarke Hubantriebe, welche den in die Werkzeugaufnahme eingeleiteten Arbeitsdrücken entgegenwirken, kann vorteilhaft verzichtet werden.
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Bei einer aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 011 560 A1 bekannten Hubvorrichtung dient der am Kniehebelgestänge angreifende Kurbeltrieb der Umwandlung eines Antriebsmomentes in eine möglichst große Schubkraft, die am Kniegelenk des Kniehebelgestänges für eine Hubbewegung der Werkzeugaufnahme einzuleiten ist. Das Antriebsmoment wird über eine Antriebswelle direkt auf die Kurbelwelle des Kurbeltriebes übertragen. Der Hubantrieb weist einen auf die Kurbelwelle des Kurbeltriebes aufgeschalteten Schrittmotor auf, dessen Antriebsleistung auf Basis des vom Werkzeug maximal aufzunehmenden Arbeitsdruckes dimensioniert ist. Der Arbeitsdruck dient insbesondere der Durchführung von Umform-, Schweiß oder Trennverfahren. Aufgrund des für viele Fertigungsprozesse benötigten hohen Arbeitsdruckes weist der Schrittmotor entsprechend große Abmessungen auf. Eine Verringerung der Bauhöhen der bekannten Hubvorrichtungen ist damit in erheblichem Maße durch die Leistungsfähigkeit der an den Kniegelenken angreifenden Kurbeltriebe begrenzt. Die optimale Bauhöhe entspricht jedoch einer ergonomischen Arbeitshöhe. Insbesondere unter Zugrundelegung der geringeren Körpergröße asiatischer Ethnien liegt die optimale Bauhöhe jedoch unterhalb der kleinsten derzeit realisierbaren Bauhöhen. Eine ähnliche aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 27 092 A1 bekannte Hubvorrichtung weist ebenfalls ein mittels eines Hubantriebes angetriebenes Kniehebelgestänge auf, dessen Kniehebel jeweils einen zweischenklig ausgebildeten Hebel aufweisen, der in der Offenlegungsschrift als Hubwelle bezeichnet wird. Der Hubantrieb weist hier jedoch keinen an den Kniehebeln angreifenden Kurbeltrieb, sondern einen Linearantrieb auf, der mit denjenigen Schenkeln der zweischenklig ausgebildeten Hebel angelenkt ist, die an der Ausbildung der Kniegelenke unbeteiligt sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hubvorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, deren Bauhöhe bei gleicher Arbeitsgeschwindigkeit und bei gleichen Arbeitsdrücken maßgeblich verringert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Hubvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Hubvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kniehebel jeweils wenigstens einen zweischenklig ausgebildeten Hebel aufweisen, und dass der Kurbeltrieb an denjenigen Schenkeln der zweischenklig ausgebildeten Hebel angelenkt ist, die an der Ausbildung der Kniegelenke unbeteiligt sind. Durch die zweiarmig ausgebildeten Hebel kann die Anlenkung des Kurbeltriebes nunmehr von außerhalb des zwischen den Kniehebeln des Kniehebelgestänges ausgebildeten Bauraumes erfolgen, ohne auf eine betriebssichere Direktanlenkung des Kurbeltriebes an den Kniehebeln zu verzichten. Damit steht der zwischen den Kniehebeln ausgebildete Bauraum für eine Reduzierung der Bauhöhe zur freien Verfügung. Der zweischenklig ausgebildete Hebel bietet mit Vorteil die Möglichkeit der Ausbildung seiner Schenkel mit unterschiedlichen Längen und in einem Winkel zueinander angestellt, so dass zwischen dem Kniehebelgestänge und dem Kurbeltrieb eine Übersetzungsstufe ausgebildet werden kann. Vorzugsweise dient die Übersetzungsstufe einer baulichen Verkleinerung des Kurbeltriebes, so dass die Bauhöhe der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung weiter verringert werden kann. Bevorzugt sind die zweischenklig ausgebildeten Hebel am Ständerwerk angelenkt, während die mit diesen in den Kniehebeln zusammenwirkenden Hebel an der Werkzeugaufnahme angelenkt und vorzugsweise einschenklig ausgebildet sind.
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Konstruktiv besonders einfach ist eine Verringerung der Bauhöhe dann erreichbar, wenn sich die an der Ausbildung der Kniegelenke unbeteiligten Schenkel der zweischenkligen Hebel über ihre Anlenkung am Ständerwerk hinaus, in eine der Werkzeugaufnahme abgekehrte Richtung erstrecken. Weist die erfindungsgemäße Hubvorrichtung eine Werkzeugaufnahme für mehrere Werkzeuge auf, wird vorgeschlagen, das Kniehebelgestänge mit weiteren Kniehebeln auszuführen, und diese über Koppelgestänge mit denjenigen Kniehebeln zu verbinden, an denen der Kurbeltrieb angreift.
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Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Drehachse des Kurbeltriebes und die Gelenkachsen des Kniehebelgestänges rechtwinklig zueinander. Die rechtwinklige Ausrichtung der Drehachse des Kurbeltriebes zu den Gelenkachsen der Kniegelenke erlaubt hierbei eine gegenläufig synchrone Bewegungsweise der die Kurbelwelle mit den Kniegelenken verbindenden Pleuelstangen. Die gegenläufig synchrone Bewegungsweise basiert auf einer spiegelsymmetrischen Abbildung der voneinander abweichenden Richtungsverläufe der Pleuelstangen an den Bewegungsbahnen der Kniegelenke. Folglich können der Stator des Schrittmotors und das Ständerwerk bei der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung unbeweglich miteinander verbunden sein, ohne dass die Werkzeugaufnahme in der Hubführung des Ständerwerkes verkanten kann.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kurbeltrieb zwei jeweils im Bereich eines Totpunktes ausgebildete Endlagestellungen auf. Diese gewährleisten minimal kleine Anfahrmomente, so dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft hohe Arbeitsgeschwindigkeiten mit besonders kleinen Antriebsmomenten gefahren werden können.
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Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist das Kniehebelgestänge eine etwa gestreckte Endlagestellung auf, wobei die gestreckte Endlagestellung des Kniehebelgestänges in einer der Endlagestellungen des Kurbeltriebes ausgebildet ist. Durch das Zusammenlegen der jeweils an eine Totpunktlage gebundenen Endlagestellungen von Kniehebelgestänge und Kurbeltrieb ist vorteilhaft eine Arbeitsstellung geschaffen, in der weder durch Tiefzieh- oder Siegelprozesse in die Werkzeugaufnahme eingeleitete Arbeitskräfte noch durch Anfahrprozesse in den Kurbeltrieb eingeleitete Antriebsmomente zu einer mechanischen Belastung des Hubantriebes führen können.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kniehebelgestänge eine gebeugte Endlagestellung aufweist, wobei die gebeugte Endlagestellung des Kniehebelgestänges in der jeweils anderen Totpunktlage des Kurbeltriebes ausgebildet ist. Durch das Zusammenlegen der gebeugten Endlagestellung des Kniehebelgestänges mit einer der Totpunktlagen des Kurbeltriebes ist für die Kniehebel vorteilhaft eine Umkehrlage geschaffen, in der für neuerliche Anfahrprozesse in den Kurbeltrieb einzuleitende Antriebsmomente minimal klein gehalten sind. Aus der mit nur einer Totpunktlage verbundenen Umkehrlage ist die Werkzeugaufnahme mit einer höheren Beschleunigung herausbewegbar, als aus ihrer mit zwei Totpunktlagen zusammengelegten Arbeitsstellung. Um größtmögliche Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen, weist das Kniehebelgestänge in seiner gebeugten Endlagestellung vorzugsweise einen Beugungswinkel von 90° auf.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kurbeltrieb wenigstens eine Kurbelwelle sowie wenigstens zwei über ein Kugelgelenk an der Kurbelwelle angelenkte Pleuelstangen auf. Die Kugelgelenke geben den Pleuelstangen die Möglichkeit, ihren am Kniehebelgestänge gelegenen Angriffspunkten, die naturgemäß auf einer Kreisbahn bewegt werden, folgen zu können. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Kugelgelenke gegen Kreuzgelenke auszutauschen.
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Die zwischen den Pleuelstangen und dem Kniehebelgestänge gelegenen Angriffspunkte sind mit Vorteil dadurch hergestellt, dass die der Kurbelwelle abgewandten Enden der Pleuelstangen jeweils über ein Kreuzgelenk an den an der Ausbildung der Kniegelenke unbeteiligten Schenkeln der zweischenklig ausgebildeten Hebel angelenkt sind. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso denkbar, die Enden der Pleuelstangen jeweils über ein Kugelgelenk an den an der Ausbildung der Kniegelenke unbeteiligten Schenkeln der zweischenklig ausgebildeten Hebel anzulenken.
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Eine besonders geringe Belastung der Kurbelwellenlager ist dadurch erreicht, dass die Kugelgelenke symmetrisch über den Umfang der Kurbelwelle verteilt angeordnete Kurbelzapfen aufweisen, deren Bewegungsbahnen in einer gemeinsamen Rotationsebene verlaufen. Um bei einer derartigen Anordnung zu verhindern, dass die Pleuelstangen auf ihren zwischen den Endlagestellungen ausgebildeten Bewegungsbahnen miteinander kollidieren, weisen sie einen bogen-, sichelförmigen oder doppelt gekröpften Längsverlauf auf. In der gebeugten Endlagestellung des Kniehebelgestänges erlaubt der bügelförmige Längsverlauf ein gegenseitiges Ineinandergreifen der Pleuelstangen, womit deren Kollision verhindert ist.
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Um besonders hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen, wird nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass dem Kurbeltrieb wenigstens ein auf seine Kurbelwelle aufgeschalteter Schrittmotor zugeordnet ist. Schrittmotoren erlauben vorteilhaft eine schnelle, positionsgenaue und richtungsveränderliche Ansteuerung definierter Endlagestellungen. Besonders bevorzugt ist der Schrittmotor jedoch als High-Torque-Motor ausgeführt, der als permanent beregter, hochpoliger Synchronmotor vorteilhaft hohe Drehmomentdichten im Bereich niedriger und mittlerer Drehzahlen aufweist.
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Zur Vermeidung horizontalen Führungsspiels sind das Ständerwerk und die hubbeweglich darin gehaltene Werkzeugaufnahme über eine Vertikalführung miteinander verbunden. Die Vertikalführung weist beispielsweise das Ständerwerk randseitig begrenzende Teleskopführungen auf.
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Nach einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kniehebelgestänge mehr als zwei Kniehebel aufweist, und dass wenigstens einer der Kniehebel und wenigstens eine der Pleulstangen des Kurbeltriebes über ein Koppelgestänge miteinander verbunden sind. Das Koppelgestänge stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, die Werkzeugaufnahme für die Aufnahme zusätzlicher Werkzeuge zu erweitern, ohne den Hubantrieb an die konstruktive Erweiterung der Werkzeugaufnahme anpassen zu müssen. Da die durch Tiefzieh- oder Siegelprozesse in die zusätzlichen Werkzeuge eingeleiteten Arbeitskräfte nicht zu einer mechanischen Belastung des Hubantriebes führen, hat dieser zusätzlich lediglich die für die Erweiterung der Werkzeugaufnahme erforderlichen Antriebsmomente aufzubringen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hubvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2a: eine erste perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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2b: eine zweite perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a;
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3a: eine Seitenansicht der Hubvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, und
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3b: eine Schnittansicht der Hubvorrichtung gemäß der Linie A-A in 3a.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Hubvorrichtung hat ein Ständerwerk 1 (nicht dargestellt), eine hubbeweglich in dem Ständerwerk 1 gehaltene Werkzeugaufnahme 2 mit einem Unterwerkzeug 3 sowie einen zwischen dem Ständerwerk 1 und der Werkzeugaufnahme 2 angeordneten Hubantrieb 4. Das Ständerwerk 1 und die Werkzeugaufnahme 2 sind über ein zwei Kniehebel aufweisendes Kniehebelgestänge 5 hubbeweglich miteinander verbunden. Der Hubantrieb 4 hat einen an zwei Kniehebeln des Kniehebelgestänges 5 angreifenden Kurbeltrieb 6 sowie einen auf den Kurbeltrieb 6 über einen Treibriemen 7 aufgeschalteten Schrittmotor 8. Der Kurbeltrieb 6 weist eine auf einer Kurbelwelle 9 angeordnete Kurbelscheibe 10 sowie zwei jeweils an der Kurbelscheibe 10 angelenkte Pleuelstangen 11, 12 (zu 12 siehe 2a und 2b) auf. Die Kniehebel des Kniehebelgestänges 5 weisen jeweils einen einschenklig ausgebildeten Hebel 13, 14 sowie jeweils einen zweischenklig ausgebildeten Hebel 15, 16 auf, wobei der Kurbeltrieb 6 über seine Pleuelstangen 11, 12 an denjenigen Schenkeln 17, 18 der zweischenklig ausgebildeten Hebel 15, 16 angelenkt ist, die an der Ausbildung der Kniegelenke 19, 20 unbeteiligt sind. Die Anlenkung der Pleuelstangen 11, 12 an den zweischenklig ausgebildeten Hebeln 15, 16 erfolgt über Kreuzgelenke 21, 22 (zu 22 siehe 2a und 2b). Das Ständerwerk 1 und die gemäß Pfeil 23 hubbeweglich darin gehaltene Werkzeugaufnahme 2 sind über eine Vertikalführung miteinander verbunden, die aus vier das Ständerwerk 1 begrenzenden Linearführungen 24, 25 zusammengesetzt ist.
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Die 2a und 2b zeigen eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, in welchem in der Werkzeugaufnahme 2 zwei Unterwerkzeuge 3, 26 gehalten sind. Das Ständerwerk 1 und die Werkzeugaufnahme 2 sind hier über ein Kniehebelgestänge 27 hubbeweglich miteinander verbunden, wobei das Kniehebelgestänge 27, verglichen mit dem in 1 dargestellten Kniehebelgestänge 5, einen dritten Kniehebel hat, der zur Ausbildung eines Kniegelenkes 28 ebenfalls einen einschenklig ausgebildeten Hebel 29 sowie einen zweischenklig ausgebildeten Hebel 30 aufweist, wobei die Pleulstange 11 des Kurbeltriebes 6 über ein Koppelgestänge 31 an denjenigen Schenkel 32 des zweischenkligen Hebels 30 angelenkt sind, der an der Ausbildung des Kniegelenks 28 unbeteiligt ist. Die perspektivischen Ansichten der 2a und 2b unterscheiden sich darin, dass die 2a die Unterwerkzeuge 3, 26 in einer an zwei Oberwerkzeugen 33 gelegenen Arbeitsstellung zeigt, in welcher die Kniehebel des Kniehebelgestänges 27 eine gestreckte Endlagestellung aufweisen, und dass die 2b die Unterwerkzeuge 3, 26 in einer beabstandet zu den Oberwerkzeugen 33 gelegenen Umkehrlage zeigt, in welcher die Kniehebel des Kniehebelgestänges 27 eine gebeugte Endlagestellung einnehmen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Die 3a zeigt eine erste Seitenansicht der Hubvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. In dieser ersten Seitenansicht befindet sich das Unterwerkzeug 3 in einer an einem Oberwerkzeug 33 gelegenen Arbeitsstellung, in welcher die Kniehebel des Kniehebelgestänges 5 eine gestreckte Endlagestellung einnehmen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Die 3b zeigt eine Schnittansicht der Hubvorrichtung gemäß der Linie A-A in 3a. Die Schnittansicht macht deutlich, dass die Drehachse der Kurbelscheibe 10 und die Gelenkachsen des Kniehebelgestänges 27 rechtwinklig zueinander verlaufen und dass der Kurbeltrieb 6 in der dargestellten Arbeitsstellung eine in einer seiner Totpunktlagen gelegene Endlagestellung einnimmt. Außerdem verdeutlicht die 3b die konstruktive Anordnung der Pleulstangen 11, 12, die jeweils mit einem ihrer freien Enden über ein Kugelgelenk 34, 35 an der Kurbelwelle 9 und mit ihrem jeweils anderen freien Ende über eines der Kreuzgelenke 21, 22 an den Schenkeln 17, 18 der zweischenklig ausgebildeten Hebel 15, 16 angelenkt sind.
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Die 4a zeigt eine zweite Seitenansicht der Hubvorrichtung gemäß 1. In dieser zweiten Seitenansicht befindet sich das Unterwerkzeug 3 in einer beabstandet zum Oberwerkzeug 33 gelegenen Umkehrlage, in welcher die Kniehebel des Kniehebelgestänges 5 eine gebeugte Endlagestellung einnehmen. Gleiche Bauteile sind hier ebenfalls mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Die 4b zeigt eine Schnittansicht der Hubvorrichtung gemäß der Linie A-A in 4a. Hier macht die Schnittansicht deutlich, dass der Kurbeltrieb 6 in der dargestellten Umkehrlage eine in der jeweils anderen Totpunktlage gelegene Endlagestellung einnimmt. Gleiche Bauteile sind abermals mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011560 A1 [0003]
- DE 10327092 A1 [0003]
